顆粒在線訊：光電集成芯片可以最大限度發(fā)揮光子傳輸、電子計算的優(yōu)勢，是獲取跨越式信息處理能力的關(guān)鍵器件?，F(xiàn)有硅基光電集成方案主要通過光電效應(yīng)實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換，其中光模塊主要依賴光纖、波導(dǎo)和微鏡等技術(shù)。由于光學(xué)衍射極限的限制，微米尺寸的光傳輸模塊難以與納米尺寸的電計算模塊聯(lián)接融合，制約光電芯片集成度的提升。中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員戴慶課題組與西班牙光子科學(xué)研究所，提出利用范德華材料極化激元壓縮光波，并在納米尺度上對光進行“操控”，有望為光電互聯(lián)提供新方案。 

　　前期研究中，戴慶課題組與合作者突破了傳統(tǒng)靜電摻雜和液體化學(xué)摻雜技術(shù)難以兼顧載流子遷移率和濃度的瓶頸，發(fā)展了兼具高遷移率和高濃度的氣相化學(xué)摻雜技術(shù)，實現(xiàn)了石墨烯費米能級從0到0.7 eV寬范圍調(diào)制，獲得了迄今為止室溫下石墨烯等離激元的最遠傳輸記錄（Nature Communications，2022, 13: 1465.）。此外，通過激發(fā)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，研究實現(xiàn)了α-MoO3中雙曲聲子極化激元的面內(nèi)光學(xué)聚焦【Advanced Materials，2022, 34(23): 2105590.】。 

　　在此基礎(chǔ)上，科研團隊構(gòu)建了高質(zhì)量的石墨烯/α相氧化鉬異質(zhì)結(jié)，實現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)中雜化極化激元等頻色散輪廓從開口到閉合的原位、動態(tài)、可逆拓撲轉(zhuǎn)變，打破了聲子極化激元傳輸受支撐材料晶向的限制。此外，基于介電環(huán)境對雜化極化激元色散的影響，研究進一步構(gòu)造了寬度僅有1.5μm 的二氧化硅平面透鏡，實現(xiàn)了極化激元橢圓傳播模式的納米聚焦。不僅將入射光的波長壓縮至原來的4.8%，且能量增強4.5倍。該研究利用極化激元實現(xiàn)納米尺度光的操控，未來有望應(yīng)用于納米尺度光電融合與器件集成等領(lǐng)域。 

　　8月18日，相關(guān)研究成果以Doping-driven topological polaritons in graphene/α-MoO3 heterostructures為題，發(fā)表在《自然-納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上。韓國科學(xué)技術(shù)高等研究院教授Min Seok Jang在同期發(fā)表的新聞和評述文章中評價該成果突破了傳統(tǒng)聲子極化波受限于晶格結(jié)構(gòu)而難以調(diào)控的難題，為極化波解鎖了重要的調(diào)控功能，并對將來實現(xiàn)納米成像、光學(xué)傳感和納米級能量操縱等應(yīng)用意義重大。 

　　研究工作得到國家重點研發(fā)計劃納米科技重點專項、國家自然科學(xué)基金、中科院人才項目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等的支持。 　 

　?。╝）近場光學(xué)實驗觀測石墨烯/α-MoO3異質(zhì)結(jié)中雜化極化激元拓撲轉(zhuǎn)變以及襯底調(diào)控拓撲極化激元平面聚焦示意圖，（b）拓撲極化激元平面聚焦近場光學(xué)成像圖。